PH-START1调控拟南芥种子发育的功能分析

作者：冯佳佳; 孙丹丹; 王倩; 高梦烛; 张昊; 王凤茹^*; 董金皋^*

来源：农业生物技术学报, 2019, 27(01): 1-11.

• PH-START1
• 种子发育
• 基因功能
• 基因表达
• 拟南芥

种子发育直接关系到作物的产量和品质,虽然文献已报道了多个可调控种子发育的基因,但种子发育的分子机制还未建成完整的调控网络。为鉴定调控种子发育的主效基因、完善种子发育调控网络,本研究在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中筛选到可调控种子发育的基因PH-START1 (pleckstrin homolgy-the lipid/sterol-binding StAR-related lipid transfer protein domains 1),在拟南芥中过表达PHSTART1可使结实率降低61.7%、籽粒重下降80%,说明PH-START1是调控种子发育的主效基因。本研究创制了PH-START1的功能获得和缺失的转基因拟南芥植株,通过对转基因植株角果发育及结实率、千粒重分析,确定了其在调控种子发育中的功能;通过解剖镜下对种子胚和胚乳发育的观察,明确目的基因调控种子发育的具体过程;通过对目的基因的表达量和组织定位分析,明确其表达模式。结果发现,野生型种子排列整齐紧密,果荚饱满;PH-START1的T-DNA插入突变体ph-start1的种子排列整齐,占据着角果的整个内部空间,单个角果可结55粒种子,结实率为对照的117%;但过表达PH-START1转基因拟南芥OE-1的种子排列稀疏散乱,其单个角果只有18粒种子,结实率仅为对照的38.30%。进一步分析发现,PHSTART1还影响种子的结构,过表达PH-START1后的种子胚乳细胞明显减少,糊粉层细胞排列散乱,胚发育受阻。对PH-START1的表达模式分析表明,PH-START1在种子中表达量最多,在花的雌蕊中,随着发育时间的延长主要分布在花柱的基部和顶部;在雄蕊中,随着发育时间的延长花丝和花药中的表达量增加,最后主要集中在花药的花粉粒中表达。本研究鉴定到调控种子发育的主效基因PH-START1,明确了其影响种子发育的具体过程及其表达模式,为完善种子发育调控分子网络和为现代分子育种提供了理论依据。

• 单位
  河北农业大学; 生命科学学院